[發明專利]一種3D打印用硅砂及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011292900.X
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN114515816A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 尹紹奎;婁延春;王巖;譚銳;于瑞龍;金磊
• 申請（專利權）人: 沈陽鑄造研究所有限公司
• 主分類號: B22C5/00
• 分類號: B22C5/00;B22C1/00;B22C5/06;B22C5/04;B22C9/10;B33Y70/10
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種3D打印用硅砂及其制備方法和應用。該方法將原料硅砂經過研磨、磁選及烘干后，焙燒獲得3D打印用硅砂。焙燒能夠去除硅砂表面雜質，采用該種硅砂與粘接劑、固化劑混合后經3D打印獲得砂型模，砂型模中的粘接劑和硅砂之間的粘結度更高，砂型模的強度更高；在獲得等強度砂型模時，能夠減少粘接劑加入量，從而降低砂型模鑄造時的發氣量；焙燒后的硅砂的晶相轉變為α磷石英，減小了硅砂在高溫下的膨脹現象，由此降低了砂型模在鑄造高溫下出現脈紋、氣孔的概率。

技術領域

本發明涉及3D打印材料的技術領域，特別涉及一種3D打印用硅砂及其制備方法和應用。

背景技術

3D打印砂型芯技術是近年發展起來的新興造型制芯技術，其特點是工藝高效快速、材料綠色環保、適用于復雜精密鑄件，這些與現代鑄造技術的要求完美契合。目前國內已有數十家單位使用該工藝進行研發、生產工作，年用砂量在萬噸以上，隨著3D打印技術的進步以及設備的普及，用量在未來數年中將會成倍增加。硅砂作為3D打印工藝用量最大的原材料，目前國內大部分廠家使用的是經簡單篩分處理的樹脂砂工藝用砂，由于粘結劑加入方式及硅砂緊實方式等諸多不同，目前使用的硅砂與進口3D打印專用硅砂相比，存在同等粘結劑加入量下，強度偏低，砂型芯表面粗糙，砂箱內不同位置的砂型芯強度偏差大等問題，而進口3D打印專用硅砂價格昂貴，且受供貨周期長、海運過程硅砂易受潮等因素制約，因此開發出3D打印工藝專用硅砂的意義十分重大。

發明內容

針對現有技術不足，本發明的目的一在于：提供一種3D打印用型砂的制備方法，該方法將原料硅砂經過研磨、磁選及烘干后，焙燒獲得3D打印用硅砂。采用該制備方法制得的3D打印用硅砂制作砂型模，能夠減少粘接劑的加入量，從而減小發氣量，進而降低3D打印砂型芯成本，減少氣孔類鑄件缺陷；減少砂型芯表面的拖邊、刮痕等缺陷，提高鑄件表面質量。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案得以實現的：

一種3D打印用硅砂的制備方法，該方法將原料硅砂經過研磨、磁選及烘干后，焙燒獲得3D打印用硅砂。包括有以下處理步驟：

焙燒：將原料硅砂在900-950℃下焙燒2-3h，然后冷卻，獲得硅砂。

通過采用上述方案，本發明將原料硅砂進行焙燒處理，焙燒后能夠有效去除的硅砂表面雜質。采用該種硅砂與粘接劑、固化劑按一定比例混合后經3D打印獲得砂型模，砂型模中的粘接劑和硅砂之間的粘結度更高，從而能夠有效提高砂型模的強度。由于砂型模的強度隨粘接劑的加入量的增加而提高，故采用本發明的硅砂，在獲得等強度的砂型模的前提下，能夠減少粘接劑的加入量，從而降低砂型模用于鑄造時的發氣量，提高零件表面質量。

原料硅砂在上述焙燒條件下，其晶相會發生轉變，轉變為α磷石英，含有該種晶相的硅砂在高溫下的膨脹現象大大降低，由此大大降低了砂型模在鑄造高溫下出現脈紋、氣孔的概率，不僅能夠提高零件的表面質量，而且，使得砂型模的損壞率低，使用壽命延長。

本發明進一步設置為：在焙燒之前，還包括有以下制備步驟：

磁選：對原料硅砂進行磁選。

通過采用上述方案，磁選是對原料硅砂進行磁鐵篩選，能夠去除原料硅砂中的氧化鐵，從而提高硅砂的耐火度和燒結點，從而能夠提高硅砂的焙燒溫度，進一步提高硅砂表面雜質的去除率，而且能夠提高α磷石英晶相的轉化率，從而進一步減小硅砂在鑄造高溫下的膨脹現象。

本發明進一步設置為：磁選的同時進行烘干處理。

通過采用上述方案，能夠預先去除原料硅砂中的水分，減少焙燒過程中水分的散發量，從而減小焙燒時水分散發對硅砂顆粒的不良影響。

本發明進一步設置為：所述烘干溫度為150-180℃。

本發明進一步設置為：在磁選之前，還包括有以下制備步驟：

研磨：將原料硅砂研磨至角形系數≤1.35。